Ley de Kirchhoff: Definición, Aplicación, Problemas y Ejemplos

Ley de Kirchhoff: Definición, Aplicación, Problemas y Ejemplos

Las leyes de Kirchhoff pueden usarse para analizar circuitos complejos. En este articulo, aprenderá acerca de las dos leyes de Kirchhoff y cómo aplicarlas al análisis de circuitos.

Corriente y voltaje

Cuando enciendes el interruptor de la luz, la luz se enciende de inmediato, ¿verdad? ¿Por qué pasó esto? ¿Qué está pasando dentro de los cables en sus paredes y en la bombilla para hacer que la bombilla se encienda?

Si pudieras hacerte realmente pequeño y mirar dentro de los cables que conectan el interruptor de la luz y la bombilla, verías que cuando giras el interruptor, miles de millones de pequeños electrones comienzan a moverse a través de los cables de este circuito eléctrico y su energía es lo que hace al la bombilla se enciende.

Hay dos conceptos importantes que debe comprender para saber cómo funciona un circuito eléctrico:

La corriente es el flujo de electrones alrededor del circuito. Para que la corriente fluya, los cables del circuito deben formar un círculo completo. Si hay una ruptura en cualquier lugar, los electrones no tendrán forma de atravesar la brecha y la corriente se detendrá. Esta es la razón por la que la luz no se enciende hasta que se gira el interruptor. El interruptor cierra una brecha en el circuito y permite que la corriente fluya.

El voltaje es la diferencia en el potencial eléctrico entre dos puntos en el circuito. Ciertos elementos del circuito, como las baterías, son fuentes de voltaje y proporcionan energía a los electrones para que se muevan alrededor del circuito. Otros elementos, como la bombilla, son resistencias que toman la energía proporcionada por la batería y la transforman en otras formas de energía, como la luz. Debido a esto, el voltaje a través de una resistencia será negativo.

Las leyes de Kirchoff

Nombrado por su creador, Gustav Kirchhoff, las leyes de Kirchhoff pueden ayudarlo a comprender la corriente y el voltaje en un circuito y también se puede usar para analizar circuitos complejos que no pueden reducirse a una resistencia equivalente utilizando lo que ya sabe sobre series y resistencias paralelas. .

Ley de unión de Kirchhoff dice que la suma de las corrientes que entran en una unión debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de la unión. La corriente nunca se usa en un circuito, por lo que tiene sentido que toda la corriente que entra en la unión también debe volver a salir.

La ley del bucle de Kirchhoff dice que la suma de los cambios en el voltaje alrededor del bucle cerrado en un circuito siempre debe ser cero. Esto significa que si sumas el voltaje en cada elemento del circuito alrededor del bucle, obtendrás cero.

Un problema de ejemplo

Veamos cómo usar las dos leyes de Kirchhoff para analizar un circuito complejo como el que está en su pantalla en este momento:

El primer paso es determinar cuántas ramas hay en el circuito y definir una variable actual para cada rama. Solo necesita encontrar una corriente en cada rama, porque cada punto en una rama tendrá exactamente la misma cantidad de corriente; pero diferentes ramas pueden tener diferentes corrientes.

En este circuito, puedes ver que tenemos tres ramas, y hemos etiquetado las tres corrientes y definido su dirección. Ahora, ¿cómo sabíamos la dirección de la corriente en cada rama? Nosotros no lo hicimos La mayoría de las veces, en un circuito complejo como este, no podrá saber en qué dirección fluirá la corriente en una rama del circuito con solo mirarlo.

¡Esta bien! Solo debe elegir una dirección y asegurarse de que todos sus cálculos sean coherentes con ella. Si eligió la dirección incorrecta, cuando calcule la corriente, será negativa. Esto le permitirá saber que la corriente en realidad va en la dirección opuesta a la que predijo.

Ahora puede usar la ley de unión para escribir la primera ecuación que usaremos para analizar este circuito.

El siguiente paso es etiquetar todas las baterías y resistencias para que sepa la dirección del voltaje en cada una. Etiquete las baterías mirando qué lado es más largo en el diagrama del circuito. Por convención, el lado largo de una batería en un diagrama de circuito es el lado positivo, y el lado corto es el lado negativo.

Etiquetamos las resistencias según la dirección en que la corriente pasa a través de ellas. La corriente debe pasar a través de cada resistencia de POSITIVO a NEGATIVO. El lado de la resistencia por la que pasa la corriente primero se debe etiquetar como positivo y el lado del que sale se debe etiquetar como negativo.

Ahora, estamos listos para aplicar la ley del bucle. Antes de que puedas escribir cualquier ecuación, primero debes identificar los bucles. Una vez más, no importa en qué dirección dibuje los bucles, porque la ley de bucles de Kirchhoff nos dice que la suma de voltajes alrededor de cualquier bucle cerrado es cero.

En este problema, vamos a elegir estos dos bucles y etiquetarlos S1 y S2:

Comience al comienzo de cada bucle y sume todos los voltajes hasta que regrese a donde comenzó. Recuerde que el voltaje a través de una resistencia se puede encontrar usando la Ley de Ohm , que es V = IR.

Use los signos positivos y negativos con los que etiquetó las baterías y resistencias para determinar si necesita sumar o restar el voltaje en cada elemento del circuito.

Si su bucle pasa de negativo a positivo a medida que se mueve a través del elemento del circuito, AGREGARÁ el voltaje al total. Si pasa de positivo a negativo a medida que se mueve a través del elemento del circuito, restará la tensión del total.

Para los dos bucles que se muestran arriba, debes obtener las siguientes dos ecuaciones de ley de bucle que estás viendo en tu pantalla ahora:

Ahora hemos usado las leyes de Kirchhoff para obtener tres ecuaciones, una de la ley de unión y dos de la ley de bucle. Podemos resolverlos como un sistema simultáneo de ecuaciones para encontrar la corriente en cada rama. Debes conseguir que las tres corrientes sean:

Resumen

Repasemos lo que hemos aprendido. Recuerde que la corriente es el flujo de electrones alrededor del circuito, mientras que el voltaje es la diferencia en el potencial eléctrico entre dos puntos en el circuito. Las leyes de Kirchhoff se utilizan para ayudarnos a comprender cómo funciona la corriente y el voltaje dentro de un circuito. También se pueden usar para analizar circuitos complejos que no pueden reducirse a una resistencia equivalente utilizando lo que ya sabe sobre resistencias en serie y en paralelo.

Hay dos leyes principales que Kirchhoff inventó.

La ley de unión de Kirchhoff dice que la suma de las corrientes que entran en una unión debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de la unión.

La ley del bucle de Kirchhoff dice que la suma de los cambios en el voltaje alrededor y el bucle cerrado en un circuito siempre debe ser cero.

Ahora deberías poder entender mejor efectivamente los circuitos complejos.

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